(57)【要約】【課題】  分離空間内での冷媒の速度エネルギ損失を低減できる気液分離器の提供を目的とする。【解決手段】  分離空間１８において、分離空間１８へ気液二相状態の流体ＩＮが流入する流入口１７ａと、分離空間１８から気相流体が流出するガス流出口２０ａと、分離空間１８から液相流体が流出する液流出口１９ａとを配置し、液流出口１９ａを気液二相流体流れＩＮに向かって開口する位置に配置する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口（１７ａ）から気液二相状態の流体（ＩＮ）が流入し、液相流体と気相流体に分離する分離空間（１８）と、
前記分離空間（１８）から前記気相流体が流出するガス流出口（２０ａ）と、
前記分離空間（１８）において、前記ガス流出口（２０ａ）よりも下部に配置され、前記液相流体が流出する液流出口（１９ａ）とを備え、
前記液流出口（１９ａ）は、前記気液二相流体流れ（ＩＮ）に向かって開口するように配置されていることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離器を用いたエジェクタサイクルであって、
前記気相流体を吸入圧縮する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器（１２）と、
前記液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器（１６）と、
前記放熱器（１２）から流出した高圧の前記気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって前記蒸発器（１６）にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（１３）とを備え、
前記エジェクタ（１３）から流出した流体が前記流入口（１７ａ）に流入するようになっていることを特徴とするエジェクタサイクル。
【請求項３】
前記流体は、液相の密度を気相の密度で除した密度比が大きい流体であることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタサイクル。
【請求項４】
前記密度比が大きい流体は、冷媒であるＲ４０４Ａ、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのいずれか１つであることを特徴とする請求項３に記載のエジェクタサイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液二相状態の流体を気相流体と液相流体に分離する気液分離器に関するもので、エジェクタサイクル用の気液分離器に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、気液分離器において図３に示すように気液二相状態の冷媒が流入口１７ａから流入し、この二相冷媒流れが分離空間１８内の内壁１８ａに衝突して旋回する（図３中、矢印Ｓ）ものが特許文献１（以下従来例と称す）にて知られている。
【０００３】
これによると、旋回時の遠心力および重力により、二相冷媒を密度の高い液相冷媒と密度の低い気相冷媒とに分離し、液相冷媒を分離空間１８の最下部に配置された液流出口１９ａから流出させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２０２１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来例では液冷媒が分離空間１８内で一度速度エネルギが略０の状態となった後に、冷媒の自重（位置エネルギ）と液流出口１９ａの下流の冷媒輸送手段（例えばエジェクタなど）の吸引エネルギにより流出する。このため、冷媒流出速度が低くなってしまい、最悪の場合には冷媒が液流出口１９ａの下流で滞留してしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、気液分離器から流出する冷媒の流出速度の低下、言い換えると気液分離器内での冷媒の速度エネルギの損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、気液分離器において、流入口（１７ａ）から気液二相状態の流体（ＩＮ）が流入し、液相流体と気相流体に分離する分離空間（１８）と、分離空間（１８）から気相流体が流出するガス流出口（２０ａ）と、
分離空間（１８）において、ガス流出口（２０ａ）よりも下部に配置され、液相流体が流出する液流出口（１９ａ）とを備え、
液流出口（１９ａ）は、気液二相流体流れ（ＩＮ）に向かって開口するように配置されていることを特徴としている。
【０００７】
これによると、液流出口（１９ａ）が二相流体の流れ（ＩＮ）に向かって開口するように配置されている、つまり、液流出口（１９ａ）は分離空間（１８）で分離した液相冷媒流れに向かって開口することとなる。したがって、液相流体を速度エネルギの損失無く液流出口（１９ａ）から流出させることができる。
【０００８】
これにより、液流出口（１９ａ）から流出する液相流体の流出速度の低下、つまり気液分離器内での流体の速度エネルギの損失を低減することができる。さらには、流体が液流出口（１９ａ）の下流で滞留してしまうことを防止できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の気液分離器を用いたエジェクタサイクルにおいて、気相流体を吸入圧縮する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器（１２）と、液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器（１６）と、放熱器（１２）から流出した高圧の気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって蒸発器（１６）にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（１３）とを備え、エジェクタ（１３）から流出した流体が流入口（１７ａ）に流入するようになっていることを特徴としている。
【００１０】
これによると、エジェクタ（１３）から流出する流体、つまり気液二相流体は分離空間（１８）に流入し、分離空間（１８）で液相流体と気相流体に分離する。そして、流入時に持っている速度エネルギの損失が少ない状態で、液流体を液流出口（１９ａ）から蒸発器（１６）に流入させることができる。このため、蒸発器（１６）に流入する液流体の速度が高くなり、蒸発器（１６）内で流体が滞留することを防止できる。さらに、蒸発器（１６）に流入できる流体の量が増えるため、蒸発器（１６）がより大きな吸熱作用を発揮でき、エジェクタサイクルの冷凍効率を向上できる。
【００１１】
ところで、従来例の気液分離器をエジェクタサイクルに適用した場合には、気液分離器内で一度略０となった液相流体の速度エネルギを圧縮機（１１）による流体の圧縮吸引等により、再び上昇させなければならない。しかし、請求項２のエジェクタサイクルでは請求項１に記載の気液分離器を使用しているため、気液分離器内での流体の速度エネルギの損失が少ない。つまり、圧縮機（１１）による流体の圧縮吸引動作を少なくできるため、エジェクタサイクル全体としてのエネルギ効率を高くすることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載のエジェクタサイクルにおいて、流体に液相の密度を気相の密度で除した密度比が大きいものを使用してもよい。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載のエジェクタサイクルにおいて、密度比が大きい流体として冷媒であるＲ４０４Ａ、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのいずれか１つを使用してもよい。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る気液分離器を、エジェクタを使用した車両用空調装置のエジェクタ（冷凍）サイクルに適用したものであり、図１は本実施形態の模式図である。図１中、１１は冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１である。この圧縮機１１で高圧状態となった冷媒は放熱器１２に流入する。放熱器１２では冷媒が室外空気へ放熱する、言い換えると冷媒が室外空気により冷却される。
【００１６】
放熱器１２で冷却された冷媒は、エジェクタ１３に流入する。このエジェクタ１３は、冷凍サイクルにおいて冷媒減圧手段および冷媒循環手段としての機能を有している。エジェクタ１３に流入した冷媒は、エジェクタ１３内部のノズル部で圧力エネルギが速度エネルギに変換される。この時、ノズルから高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって後述する蒸発器１６にて蒸発した気相冷媒を吸引する。さらに、冷媒の通路面積が拡大していくディフューザ部で冷媒の膨張エネルギを圧力エネルギに変換し、エジェクタ１３の冷媒流れ下流の圧縮機１１の吸入圧を上昇させている。
【００１７】
エジェクタ１３から流出した冷媒は、冷媒通路１７（後述）を流れて気液分離器１４に流入する。この時、エジェクタ１３から流出する冷媒は、エジェクタ１３の減圧作用により気液二相状態となっている。気液分離器１４では、流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄えており、分離された気相冷媒は圧縮機１１に吸引されて再び圧縮され、一方、分離された液相冷媒は蒸発器１６側に吸引される。この気液分離器１４については後述する。
【００１８】
蒸発器１６は、液相冷媒と室内に吹き出す空気と熱交換させて蒸発させることにより冷房能力を発揮するものである。なお、気液分離器１４と蒸発器１６との間に配置される第１減圧器１５は、気液分離器１４から蒸発器１６側に吸引される液相冷媒を減圧する絞り（減圧）手段であり、この第１減圧器１５により蒸発器１６内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させている。
【００１９】
なお、本実施形態では液相密度を気相密度で除した密度比が大きい流体であるＲ４０４Ａを冷媒として使用している。Ｒ４０４Ａの気相密度は約４２ｋｇ／ｍ3、液相密度は約１１３４ｋｇ／ｍ3である。
【００２０】
次に、図２の半断面図を使用して、本実施形態の気液分離器１４について説明すると、エジェクタ１３から流出した冷媒は流入通路１７を通り、流入口１７ａから分離空間１８内へ流入する。分離空間１８には、液冷媒通路１９の液流出口１９ａが二相冷媒流れＩＮに向かって開口している。また、分離空間１８内の上部、かつ図中左右方向において流入口１９ａ側の部位（液流出口１９ａに対向する部位）には、気相冷媒が流出するガス通路２０のガス流出口２０ａが開口している。
【００２１】
さらに、分離空間１８の内壁１８ａのうち、流入口１７ａとガス流出口２０ａとの間の部位には、仕切り板２１が配置されている。また、仕切り板２１が図２中右方向へ延長すると仮想した部位には、網状部材２２が配置されている。この仕切部材２１および網状部材２２により、分離空間１８は上下に分割される。
【００２２】
次に、本実施形態の気液分離器１４における作動を説明すると、エジェクタ１３から流出し、流入口１７ａから流入した二相冷媒流は重力により、密度が高い液相冷媒（矢印Ｌ）と密度の低い気相冷媒（矢印Ｇ）とに分離する。そして、密度の低い気相冷媒は分離空間１８内の上部に溜まり、ガス流出口１８ａから圧縮機１１に吸引される。この時、仕切り板２１は二相冷媒流れＩＮが直接ガス流出口２０ａへ流れることを防止するものであり、網状部材２２は液相冷媒がガス流出口２０ａへ流入することを防止するものである。
【００２３】
一方、密度が高い液相冷媒は自重により分離空間１８の下部に溜まる。そして、液相冷媒は密度が高い、つまり、冷媒が持つ慣性力が大きいため、速度エネルギを損なうことなく液流出口１９ａへ流れる。液相冷媒は、この慣性力および前述したエジェクタ１３による吸引作用により液流出口１９ａから流出する。なお、気相冷媒と液相冷媒の密度差が大きいほど分離空間１８内での分離性能は高くなる。
【００２４】
次に、第１実施形態による作用効果を述べると、液流出口１９ａが二相流体の流れＩＮに向かって開口するように配置されているため、液相流体を速度エネルギの損失無く液流出口１９ａから流出させることができる。
【００２５】
これにより、液流出口１９ａから流出する液相流体の流出速度の低下、つまり気液分離器内での流体の速度エネルギの損失を低減することができる。さらには、流体が液流出口１９ａの下流で滞留してしまうことを防止できる。
【００２６】
ところで、図３の従来例のような気液分離器５０をエジェクタサイクルに適用した場合には、気液分離器内で一度略０となった液相流体の速度エネルギを圧縮機１１による流体の圧縮吸引等により、再び上昇させなければならない。
【００２７】
しかし、本実施形態の気液分離器１４では気液分離器１４内での流体の速度エネルギの損失が少ないため、圧縮機１１による流体の圧縮吸引動作を少なくできる。したがって、エジェクタサイクル全体としてのエネルギ効率を高くすることができる。
【００２８】
また、流入時に持っている速度エネルギの損失が少ない状態で液流体を液流出口１９ａから蒸発器１６に流入させることができるため、液冷媒通路１９の下流に配置されている蒸発器１６へ流入する液冷媒の速度を高くすることができる。これにより、蒸発器１６内への冷媒流入量を増やすことができ、蒸発器１６における熱交換効率を高くでき、冷凍能力の向上が図れる。
【００２９】
さらに、蒸発器１６へ流入する液冷媒の速度が高くなると、蒸発器１６内の冷媒速度も高くなるため、蒸発器１６内の冷媒および冷媒に含まれているオイルの滞留を低減することができる。
【００３０】
また、二相状態の冷媒を冷媒の持つ慣性力および冷媒に加わる重力により、気相冷媒と液相冷媒とに分離させるため、気液分離器１４を本実施形態のように冷媒配管（通路）１７に対してわずかな膨らみを持たせるだけで形成できる。したがって、気液分離器１４を小型化することができ、車両などへの搭載性を向上することができる。
【００３１】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、冷媒がＲ４０４Ａの例を示したが冷媒は、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなど種々に変更可能である。また、本発明の気液分離器は冷媒に限らず２相状態の流体に適用可能である。
【００３２】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置のエジェクタサイクルに本発明の気液分離器を適用した例を示したが、本発明は車両用空調装置に限らず、冷媒にＣＯ２を使用した給湯用ヒートポンプサイクル等他の用途に使用されるエジェクタサイクルであってもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態では、仕切り版２１および網状部材２２を配置した例を示したがこれらを廃止した構成としてもよい。
【００３４】
また、上述の実施形態では、ガス流出口２０ａが図２中左右方向において流入口１９ａ側の部位に開口している例を示したが、ガス流出口２０ａは分離空間１８内の液相冷媒の流入を防止できる位置であればどこに配置されていてもよい。
【００３５】
また、上述の実施形態では、分離空間１８が冷媒通路１７、１８よりも径の大きい膨らみ部である例を示したが、分離空間１８は冷媒通路１７、１８と同一の直径であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の気液分離器を車両用空調装置に適用した第１実施形態のエジェクタサイクルを示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る気液分離器の側面を示す半断面図である。
【図３】特許文献１に係る気液分離器を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…圧縮機、１２…放熱器、１３…エジェクタ、１６…蒸発器、１７ａ…流入口、
１８…分離空間、１９ａ…液流出口、２０ａ…ガス流出口、ＩＮ…二相流体流れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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